(57)【要約】【課題】複数の気筒のメイン通路１１を最短距離で互いに連通させ、より上流側にバイパス触媒コンバータ１４を配置する。【解決手段】シリンダヘッド１の排気ポート２と排気マニホルド３のブランチ管４とによって４本のメイン通路１１が構成され、１本に合流した下流側にメイン触媒コンバータ６を備える。合流点には、メイン通路１１を一斉に開閉する切換弁７を備える。バイパス流路として、４本のメイン通路１１が気筒列方向に沿って延びた連通路１２により互いに連通しており、ここから分岐した分岐通路１３にバイパス触媒コンバータ１４が配設される。連通路１２は、隣接するブランチ管４の間にそれぞれ設けられた３本の連通管からなる。冷間始動後は、切換弁７が閉じられ、バイパス流路を通して各気筒の排気が流れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒にそれぞれ接続され、かつ少なくとも上流側部分が互いにほぼ平行に配列された気筒毎のメイン通路と、
上記上流側部分において隣接するメイン通路同士を順次連通するように各メイン通路と交差し、かつ全体として気筒列方向に沿った連続した１本の流路を構成する連通路と、
この連通路を流れる排気を排気系の下流側へ導くように設けられた分岐通路と、
を備えていることを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項２】
各気筒のメイン通路を流れる排気が上記連通路を介して上記分岐通路へ流れるように流路の切換を行う流路切換手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項３】
上記流路切換手段は、上記連通路の位置よりも下流側で上記メイン通路を開閉する切換弁からなることを特徴とする請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項４】
上記分岐通路に触媒コンバータが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項５】
上記触媒コンバータは冷間始動時用の小容量のものであり、上記メイン通路の下流側には、これよりも容量の大きなメイン触媒コンバータが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項６】
上記分岐通路は、隣接するメイン通路の間の連通路から分岐していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項７】
上記分岐通路は、ほぼ平行に並んだ複数のメイン通路の中の最も外側の気筒のメイン通路から分岐していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項８】
上記連通路は、メイン通路となる隣接した排気管の間に設けられた管によって構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項９】
上記連通路は、メイン通路の一部となる隣接した排気ポート同士を順次連通するようにシリンダヘッド内部に形成された通路によって構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項１０】
上記連通路は、メイン通路を構成する排気マニホルドの取付フランジとシリンダヘッドとの接合面に沿って、少なくとも一方の面に凹設された溝によって構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒内燃機関の排気装置、特に、排気が主に流れるメイン通路とは別に、冷間始動直後などに各気筒の排気を導く分岐通路を備えた多気筒内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。
【０００３】
そのため、例えば特許文献１には、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続された気筒毎のメイン通路から、該メイン通路よりも通路断面積の小さなバイパス通路をそれぞれ分岐形成し、この複数のバイパス通路の先端をそれぞれ触媒コンバータ入口に接続するとともに、メイン通路に設けた切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス通路側に排気を案内するようにした排気装置が、開示されている。この構成では、上記バイパス通路を介した触媒コンバータまでの経路がメイン通路を介した経路よりも短くなっており、従って、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
【０００４】
また特許文献２には、各気筒のメイン通路から分岐した気筒毎のバイパス通路を１本の流路に合流させた上で、ターボ過給機をバイパスするように触媒コンバータ入口に接続した排気装置が開示されている。
【特許文献１】特開平７−７７０３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の装置では、触媒コンバータを内燃機関の前後方向に沿って細長い大型のものとし、各気筒のバイパス通路を互いに合流させることなく個々に触媒コンバータに接続した構成となっているので、触媒コンバータの製造が実際には困難であり、現実的でないばかりか、触媒コンバータの大型化によって熱容量が大となり、触媒コンバータの早期活性化が阻害される不具合がある。
【０００６】
また、特許文献２のように複数のバイパス通路を下流側で単純に合流させたのでは、仮にバイパス通路に小型のバイパス触媒コンバータを設けるとしても、バイパス触媒コンバータまでの距離が比較的大きくなり、冷間始動後、早期に排気浄化を開始することが困難である。
【０００７】
本発明は、複数の気筒のメイン通路を最短距離で互いに連通させ、より上流側に触媒コンバータを配置することが可能な排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る多気筒内燃機関の排気装置は、各気筒にそれぞれ接続され、かつ少なくとも上流側部分が互いにほぼ平行に配列された気筒毎のメイン通路と、上記上流側部分において隣接するメイン通路同士を順次連通するように各メイン通路と交差し、かつ全体として気筒列方向に沿った連続した１本の流路を構成する連通路と、この連通路を流れる排気を排気系の下流側へ導くように設けられた分岐通路と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
一つの態様では、上記分岐通路は、隣接するメイン通路の間の連通路から分岐している。
【００１０】
また他の一つの態様では、上記分岐通路は、ほぼ平行に並んだ複数のメイン通路の中の最も外側の気筒のメイン通路から分岐している。
【００１１】
望ましくは、上記分岐通路に触媒コンバータが配置されている。この触媒コンバータは好ましくは冷間始動時用の小容量のものであり、上記メイン通路の下流側には、これよりも容量の大きなメイン触媒コンバータが配置されている。
【００１２】
また一つの態様では、各気筒のメイン通路を流れる排気が上記連通路を介して上記分岐通路へ流れるように流路の切換を行う流路切換手段を備えている。この流路切換手段は、例えば、上記連通路の位置よりも下流側で上記メイン通路を開閉する切換弁からなる。
【００１３】
従って、例えば上記切換弁によってメイン通路が閉塞されると、各気筒の排気は上記連通路を介して分岐通路へと流れるが、連通路は、隣接するメイン通路同士を順次連通するように気筒列方向に沿って各メイン通路と交差しているので、その実質的な通路長が最短となり、該連通路の熱容量が小さくなるとともに、例えば分岐通路に設けられる触媒コンバータを、燃焼室により近い配置とすることができる。
【００１４】
一つの態様では、上記連通路は、メイン通路となる隣接した排気管の間に設けられた管によって構成されている。
【００１５】
また他の一つの態様では、上記連通路は、メイン通路の一部となる隣接した排気ポート同士を順次連通するようにシリンダヘッド内部に形成された通路によって構成されている。
【００１６】
さらに他の一つの態様では、上記連通路は、メイン通路を構成する排気マニホルドの取付フランジとシリンダヘッドとの接合面に沿って、少なくとも一方の面に凹設された溝によって構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、複数の気筒の排気を非常に短い距離で合流させることができ、連通路の熱容量を小さくすることができるとともに、例えば分岐通路に設けられる触媒コンバータを燃焼室により近い配置とすることが可能となる。従って、冷間始動時などに、早期に排気浄化を開始することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明を直列４気筒内燃機関の排気装置として適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、この排気装置の配管レイアウトを模式的に示した説明図であり、始めに、この図１に基づいて、排気装置全体の構成を説明する。
【００２０】
シリンダヘッド１には、直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒の各気筒の排気ポート２がそれぞれ側面に向かって開口するように形成されており、この排気ポート２のそれぞれに、排気マニホルド３の各ブランチ管４が接続されている。なお、排気マニホルド３は、ブランチ管４の一端に、シリンダヘッド１側面に取り付けるための取付フランジ５を備えている。♯１気筒〜♯４気筒の４本のブランチ管４は、排気ポート２とともに、通常の運転時に排気が通流するメイン通路１１を構成するものであって、気筒列と直交する方向に延びた上流側部分が互いにほぼ平行に配列されているとともに、下流側で１本の通路に合流しており、かつ合流点よりも下流側に、メイン触媒コンバータ６が配置されている。このメイン触媒コンバータ６は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、触媒としては、例えば、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。また、４本のブランチ管４の合流点には、流路切換手段として４本のブランチ管４内の通路つまりメイン通路１１を一斉に開閉する切換弁７が設けられている。
【００２１】
一方、バイパス流路として、各気筒のメイン通路１１が上流側つまり取付フランジ５に近い位置で、気筒列方向に沿って延びた連通路１２により互いに連通しているとともに、この連通路１２に分岐通路１３の一端が接続されている。上記分岐通路１３の他端は、メイン通路１１の合流点（切換弁７）よりも下流側でかつメイン触媒コンバータ６上流側の位置において、メイン通路１１と合流している。そして、この分岐通路１３のできるだけ上流側の位置に、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ１４が接続されている。このバイパス触媒コンバータ１４は、メイン触媒コンバータ６に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。上記連通路１２は、隣接するメイン通路１１同士を順次連通するように各メイン通路１１と交差し、かつ全体として気筒列方向に沿った連続した１本の直線状の流路を構成している。
【００２２】
このような構成においては、冷間始動後の機関温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なアクチュエータを介して切換弁７が閉じられ、メイン通路１１が遮断される。そのため、各気筒から吐出された排気は、その全量が連通路１２から分岐通路１３を通してバイパス触媒コンバータ１４へと流れる。バイパス触媒コンバータ１４は、排気系の上流側つまり排気ポート２に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。
【００２３】
一方、機関の暖機が進行して、機関温度ないしは排気温度が十分に高くなったら、切換弁７が開放される。これにより、各気筒から吐出された排気は、主に、メイン通路１１からメイン触媒コンバータ６を通過する。このときバイパス流路となる分岐通路１３側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン通路１１よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１４が介在しているので、両者の通路抵抗の差により、排気流の大部分はメイン通路１１側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒コンバータ１４の熱劣化は十分に抑制される。
【００２４】
次に、上記連通路１２のより具体的な構成を図２および図３に基づいて説明する。
【００２５】
図２は、メイン通路１１の上流側の要部を示した平面図、図３は、そのＡ−Ａ線に沿った断面図であって、上述したように、排気マニホルド３の取付フランジ５がシリンダヘッド１側面に固定され、各気筒の排気ポート２が各ブランチ管４に接続されている。そして、この実施例では、連通路１２は、隣接するブランチ管４同士を順次連通するように、♯１気筒のブランチ管４と♯２気筒のブランチ管４との間、♯２気筒のブランチ管４と♯３気筒のブランチ管４との間、および♯３気筒のブランチ管４と♯４気筒のブランチ管４との間、の３箇所にそれぞれ設けられた連通管１６，１７，１８から構成されており、中央の連通管１７から分岐通路１３となる管がＴ字形に分岐している。これらの連通管１６，１７，１８は、その通路断面積が各メイン通路１１の通路断面積よりも小さな小径の管であって、３本の連通管１６，１７，１８に共通の中心軸線Ｌを有し、かつこの中心軸線Ｌが各メイン通路１１の中心線Ｍとほぼ直角に交わっている。つまり、図３に示すように、各連通管１６，１７，１８は、メイン通路１１の断面の直径方向に沿って設けられている。
【００２６】
なお、図示例では、分岐通路１３となる管が中央の連通管１７から分岐しているが、他の連通管１６あるいは連通管１８から分岐するようにしてもよい。
【００２７】
このような構成では、各気筒を連通する連通路１２として♯１気筒から♯４気筒に亘る通路長の中で、その熱容量に実質的に関与する部分は、ブランチ管４の間の連通管１６，１７，１８部分のみとなり、冷間始動直後の排気ガスに対する冷却作用が非常に小さなものとなる。つまり、各ブランチ管４の内部には、連通路のレイアウトに拘わらず排気ガスが流れ込むので、ブランチ管４の部分はバイパス流路の熱容量の大小には影響がなく、上記のように各ブランチ管４同士を連通管１６，１７，１８でもって最短で接続することによって、実質的な熱容量が最小となる。そして、各気筒の排気系が最短距離で連通した上で分岐通路１３に接続されているので、各気筒の燃焼室からバイパス触媒コンバータ１４までの流路長が非常に短くなり、冷間始動後に、排気が高温のままバイパス触媒コンバータ１４に流入する。従って、バイパス触媒コンバータ１４が早期に活性化し、排気浄化が速やかに開始される。
【００２８】
図４は、第２実施例を示す。この実施例では、３本の連通管１６，１７，１８のそれぞれに分岐通路１３となる管が接続されており、それぞれにバイパス触媒コンバータ１４が配設されている。
【００２９】
次に、図５および図６は、第３実施例を示す。この実施例では、気筒間の連通管１６，１７，１８には分岐通路１３は接続しておらず、４本のほぼ平行に並んだブランチ管４の中で最も外側となる気筒、つまり♯１気筒のブランチ管４および♯４気筒のブランチ管４に、分岐通路１３となる管が接続され、その上流側の位置にバイパス触媒コンバータ１４が配設されている。図示例では、上記分岐通路１３は、連通管１６，１７，１８の中心軸線Ｌに沿うようにブランチ管４の外側面に接続されているが、必ずしもこれに限定されず、中心軸線Ｌから多少ずれた位置あるいは中心軸線Ｌとは異なる方向に分岐通路１３を接続してもよい。また、♯１気筒側あるいは♯４気筒側のいずれか一方のみに分岐通路１３を設けるようにしてもよい。
【００３０】
次に、図７および図８は、連通路１２をシリンダヘッド１内部に形成した第４実施例を示している。つまり、隣接した排気ポート２同士を連結するように、♯１気筒の排気ポート２と♯２気筒の排気ポート２との間、♯２気筒の排気ポート２と♯３気筒の排気ポート２との間、および♯３気筒の排気ポート２と♯４気筒の排気ポート２との間、の３箇所にそれぞれ小径の連通孔２１，２２，２３が設けられている。これらの連通孔２１，２２，２３は、共通の中心軸線Ｌを有し、かつこの中心軸線Ｌが各メイン通路１１（排気ポート２）の中心線Ｍとほぼ直角に交わっている。なお、分岐通路１３は、図示していないが、前述した各実施例と同様に、連通孔２１，２２，２３から分岐形成してもよく、あるいは、♯１気筒あるいは♯４気筒の排気ポート２に接続するようにしてもよい。
【００３１】
次に、図９および図１０は、連通路１２をシリンダヘッド１と排気マニホルド３の取付フランジ５との接合面に形成した第５実施例を示している。この実施例では、シリンダヘッド１側の側面に凹溝が形成されており、これを取付フランジ５が覆うことによって通路状となる。つまり、隣接した排気ポート２同士を連結するように、♯１気筒の排気ポート２と♯２気筒の排気ポート２との間、♯２気筒の排気ポート２と♯３気筒の排気ポート２との間、および♯３気筒の排気ポート２と♯４気筒の排気ポート２との間、の３箇所にそれぞれ凹溝３１，３２，３３が設けられている。これらの凹溝３１，３２，３３は、図１０に示すように共通の中心線Ｌを有し、かつこの中心線Ｌが各メイン通路１１（排気ポート２）の中心線Ｍと交差している。
【００３２】
なお、同様の凹溝を、シリンダヘッド１側ではなく、取付フランジ５側に形成して、シリンダヘッド１との間で通路を構成するようにしてもよく、あるいは、シリンダヘッド１側と取付フランジ５側の双方に、互いに合致する凹溝を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明に係る排気装置全体の配管レイアウトを示す構成説明図。
【図２】メイン通路の上流側の要部を示した平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】第２実施例を示す要部の平面図。
【図５】第３実施例を示す要部の平面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】第４実施例を示す要部の平面図。
【図８】図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図９】第５実施例を示す要部の平面図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…シリンダヘッド
３…排気マニホルド
６…メイン触媒コンバータ
７…切換弁
１１…メイン通路
１２…連通路
１３…分岐通路
１４…バイパス触媒コンバータ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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